Mit Erdgas Heizen und Kühlen: Markteinführung von Klimatisierungssystemen mit Gasmotor-Wärmepumpen aus Japan

(29.11.2002) Der Einbau von Klimageräten ist meist mit einer Erhöhung des elektrischen Leistungsbezugs verbunden. Eine neue Generation gasmotorisch angetriebener Klimageräte aus Japan lässt jetzt eine betriebskostensparende und auch primärenergetisch vorteilhafte Lösung zu. Diese Geräte sorgen nicht nur für ein komfortables Raumklima im Sommer, sondern übernehmen ganzjährig auch die Wärmeversorgung für Heizung und evtl. Warmwassererbereitung. Zwei japanische Hersteller bieten ihre Produkte über ihre deutschen Vertriebspartner bereits an, zwei weitere stehen kurz vor der Markteinführung.

Der Trend zur Glasarchitektur, die verschärften Wärmedämm-Vorschriften aber auch ein höherer Komfortanspruch haben die Nachfrage nach Raumklima-Anlagen in den letzten Jahren stark angekurbelt. Durch die veränderten bauphysikalischen Rahmenbedingungen sowie die zunehmende Ausstattung der Arbeitsplätze mit EDV-Geräten ist der Heizwärmebedarf überproportional zurückgegangen, der Kühlbedarf dagegen stark angestiegen.

In solchen Fällen stellt sich für Planer und Bauherr die Frage, ob es unter diesen Gegebenheiten noch wirtschaftlich ist, separate Wärme- und Kälteerzeuger zu installieren oder ob nicht eine Wärmepumpe mit Heiz- und Kühlfunktion die betriebswirtschaftlich günstigere Lösung darstellt. Viele solcher Überlegungen scheiterten bislang zum einen an der nicht ausreichenden Verfügbarkeit von Standardprodukten. Zum anderen konnten aber auch die vorhandenen stromangetriebenen Klimaanlagen wirtschaftlich nicht überzeugen. Bei etwa 300 bis 500 Vollbenutzungsstunden eines Kaltwassersatzes oder eines Klimagerätes lohnt sich in der Regel der Aufwand nicht, zumal der Nutzer ganzjährig den höheren Strom-Leistungsbezug des Kühlsatzes in Rechnung gestellt bekommt. Mit Erdgas als Antriebsenergie für Heiz- und Kühlzwecke erübrigt sich die Diskussion um den elektrischen Leistungsbezug. Da bei der Gas-Wärmepumpe Strom nur für die Nebenaggregate benötigt wird, beträgt deren elektrische Leistungsaufnahme nur 1/10 dessen einer elektrischen Wärmepumpe bzw. eines Kaltwassersatzes.

Heizen und Kühlen mit einem Aggregat

Die nun in Deutschland eingeführte Gas-Wärmepumpen-Systemtechnik entspricht bezüglich des klimatisierungstechnischen Wirkprinzips den bekannten VRV (Variable Refrigerant Volume)-Systemen, also Anlagensystemen mit Kältemittel-Direktexpansion in den Innengeräten. Diese sind seit Jahren in Deutschland bestens über das Kältehandwerk bzw. über spezialisierte Unternehmen eingeführt. Damit ist auf Anhieb eine flächendeckende Verkaufs- und Serviceorganisation für Klimatisierungsanlagen auf der Basis von Gas-Wärmepumpen (GHP) vorhanden.

Durch die Kopplung von VRV-Anlagen mit einer Gasmotor-Wärmepumpe verbessert sich die Heizfunktion gegenüber elektrisch angetriebenen VRV-Systemen spürbar. Die Motorenabwärme steht direkt für den Heizbetrieb zur Verfügung. Gleichzeitig entfallen die bei elektrisch angetriebenen VRV-Systemen im Heizbetrieb notwendigen Abtauphasen des Verdampfers; ein enormer Zugewinn an Komfort und Energieeffizienz. Durch die stufenlose Leistungsanpassung des Gasmotors an die geforderte Leistung der Innengeräte wird eine sehr exakte Einhaltung der Raum-Solltemperatur erreicht.

Auch für SHK-Fachbetriebe interessant

Da wassergeführte Heizungs- und Klimasysteme in Deutschland stärker verbreitet sind als VRV-Systeme, wird die Gas-Wärmepumpe auch zusammen mit einer Speicher-Kondensator/ Verdampfer-Pumpenstation angeboten. Mit dieser Kompaktstation eröffnet sich für die Gas-Wärmepumpe das gesamte Spektrum wassergeführter Heiz-/Kühlsysteme, also Fan-Coils, Hydro-Deckengeräte, Induktionsgeräte, Kühl-Heizdecken und Betonkerntemperierung. Energetisch und wirtschaftlich besonders interessant sind Anwendungen, bei denen auf der einen Seite gekühlt oder entfeuchtet werden muss, auf der anderen Seite aber ein hoher Bedarf an Wärme unterschiedlichster Temperaturen besteht. Dazu zählen Schwimmbäder, Hotels, Restaurants, lebensmittelverarbeitende Betriebe sowie industrielle Anlagen. Selbst die Kombination aus Tiefkühlung und Warmwasserbereitung bzw. Heizung bietet sich an, eine Anwendung die für Supermärkte interessant sein dürfte. Grundsätzlich eignet sich die Gas-Wärmepumpe für alle Prozesse, bei denen gleichzeitig Wärme und Kälte in einem ausgeglichenen Verhältnis gebraucht werden.

25 Jahre Klimatisierungsgeräte mit Gas-Wärmepumpen in Japan

Gasmotorisch angetriebene Klimageräte, so genannte Gas Heat Pumps (GHP), haben in Japan eine lange Tradition. Die Ursprünge liegen bereits Ende der 70er Jahre, als es durch die zunehmend hohe Wachstumsrate bei Klimageräten im Sommer zu Engpässen bei der Stromversorgung kam. Damals gaben die drei führenden japanischen Gasversorger, Tokyo Gas, Osaka Gas und Toho Gas, den Auftrag zur Entwicklung von gasmotorisch angetriebenen Klimageräten zur Versorgung von kleinen und mittelgroßen Gebäuden bis zu einer Größe von etwa 10.000 m² Nutzfläche. Vorgabe war eine möglichst geringe Stromaufnahme, die bei den damaligen Geräten bei etwa 1/10 der Nennkühlleistung lag. Da Erdgas im Sommer generell in ausreichender Menge zur Verfügung steht, wurde die GHP schnell als wirtschaftliche Alternative akzeptiert. Im Jahr 1991 wurden bereits 30.000 GHP in Japan verkauft. Die Anzahl der seit 1991 installierten GHP wird auf rund 400.000 geschätzt.

Positive Impulse für den GHP-Markt gehen neuerdings von der Markteinführung sehr kleiner Geräte mit 8,4 kW Nennkälteleistung aus. Die obere Leistungsgrenze liegt in Japan derzeit bei einer Dreifach-Ausseneinheit bei 160 kW Nennkälteleistung. Vermehrt sollen GHP jetzt auch im Bereich der Lebensmittelkühlung, z. B. in Supermärkten, eingesetzt werden. Mit dem "warmen Ende" solcher Installationen kann Brauchwasser bereitet, geheizt geheizt oder die Zuluft einer Klimaanlage erwärmt werden.